CN102565691A - 一种并网逆变器的继电器失效检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供涉及检测技术领域，具体提供一种并网逆变器的继电器失效检测装置及方法，包括继电器模块1、驱动模块2，继电器模块1一端与逆变器5输出端相连，另一端与电网6相连，驱动模块2与继电器模块1相连接，还包括控制模块3以及第一信号采集模块41、第二信号采集模块42，第一信号采集模块41一端与逆变器输出端相连接，另一端与控制模块3相连接，第二信号采集模块42一端与电网6相连接，另一端与控制模块3相连接，驱动模块2另一端与控制模块3相连接。本发明能够检测继电器模块1中任何一个或以上继电器断开或闭合失效故障，并通过显示模块反馈给用户，提高了对逆变器5输出级继电器冗余设计的可靠性。

Description

一种并网逆变器的继电器失效检测装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种并网逆变器的继电器失效检测装置及方法。

背景技术

新能源是直接或者间接地来自于太阳或地球内部深处所产生的能量，新能源也叫清洁能源，包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量，相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源(特别是化石能源)枯竭问题具有重要意义，而太阳能一般指太阳光的辐射能量，其主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式。

太阳能光伏发电作为太阳能主要利用的形式在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

太阳能光伏发电应用***主要分为三类，为直流负载独立***、交流负载独立***和并网***，而光伏太阳能电池板产生的电为直流电，而民用、工用电均以交流电为主，而太阳能发电将最终走向并网***运行，因而并网***的设计需要很高的可靠性。

在现代光伏并网发电领域，根据安规要求，为了确保逆变器在特定故障条件下能够安全切离电网，逆变器的输出级和电网连接的切离装置需满足冗余设计要求，通常在输出级设计两组独立的继电器共四个，通过这样的冗余设计就可以确保在继电器单一故障情况下，逆变器能够与电网安全切离，如果继电器非单一故障，逆变器与电网安全切离就会有问题。

继电器故障主要是由于继电器的失效造成的，而继电器的失效主要包括两个方面，第一是继电器收到关断信号而无法关断，一直处于闭合状态，另一种是继电器收到开通信号而无法开通，一直处于关断状态。如果冗余的两组继电器都存在断开失效，逆变器在特定故障条件下就会因为继电器本身的断开失效而无法与电网断开，这样就会对逆变器造成不同程度的损坏同时对公共电网也会有影响，根据安规要求，逆变器在并入公共电网之前要对继电器是否存在失效模式进行自动检测。

图1所示现有技术中，将继电器K1、K2设为一组，用驱动信号1进行驱动，将继电器K3、K4设为另一组，用驱动信号3进行驱动，采用这种方式，在逆变器接入电网前，只能检测一组继电器同时存在断开和闭合失效，但是不能检测任意一个或以上继电器断开失效，也不能检测任意一个或以上继电器闭合失效。

因此，需要设计一种方便并准确的实现检测并网逆变器的继电器失效故障的装置及方法，以解决现有技术当中存在的不足。

发明内容

为了解决以上提出的问题，本发明提供一种用于检测并网逆变器输出级继电器失效的装置及方法，即不仅能检测任意一个或以上继电器断开故障，也能检测任意一个或以上继电器闭合故障。

为了达到上述目的，本发明的第一目的在于提供一种继电器失效检测的装置，采用如下技术方案：

一种并网逆变器的继电器失效检测装置，包括继电器模块1、驱动模块2，继电器模块1一端与逆变器5输出端相连，另一端与电网6相连，驱动模块2与继电器模块1相连接，还包括控制模块3以及第一信号采集模块41、第二信号采集模块42，第一信号采集模块41一端与逆变器输出端相连接，另一端与控制模块3相连接，第二信号采集模块42一端与电网6相连接，另一端与控制模块3相连接；驱动模块2另一端与控制模块3相连接。

优选的，所述逆变器5输出电压/电流为零。

优选的，所述控制模块3包括控制器32与比较器31，控制器32输出端连接驱动模块2，比较器31输入端连接第一信号采集模块41、第二信号采集模块42，输出端与控制器32输入端相连接。

优选的，所述继电器模块1包括第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4，第一继电器K1一端与逆变器5输出端A相连，另一端与第三继电器K3相连、第三继电器K3另一端与电网L线相连；第二继电器K2一端与逆变器5输出端B相连，另一端与第四继电器K4相连、第四继电器K4另一端与电网N线相连。

优选的，所述驱动模块2包括第一驱动器Q1、第二驱动器Q2、第三驱动器Q3、第四驱动器Q4，输入端与控制器32连接，输出端分别与第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4相连。

优选的，还包括显示模块7，显示模块7与控制器32输出端相连接，用于显示检测结果，即继电器断开失效故障和继电器闭合失效故障。

优选的，所述第一信号采集模块41、第二信号采集模块42为电压采集器，用于采集电网电压信号。

优选的，所述控制模块3为数字信号处理器，型号为TMS320F28035。

本发明的另一目的在于提供一种采用上述检测装置实现的并网逆变器的继电器失效检测方法，包括以下步骤：

第一步、初始状态，第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4均断开；

第二步、控制器32输出驱动信号闭合第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4，判断任意一个及以上继电器是否闭合失效；

第三步、比较器31判断逆变器5输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|Vl-V2|，如果不小于设定值V0，则说明继电器K1、K2、K3、K4中任意一个或者其组合存在闭合失效的问题，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则说明继电器K1、K2、K3、K4均能闭合，进入第四步；

第四步、控制器32输出第四继电器K4断开信号，判断第四继电器K4是否断开失效；

第五步、比较器31判断逆变器5输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第四继电器K4断开失效，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则第四继电器K4正常断开，进入第六步；

第六步、控制器32输出驱动信号闭合第四继电器K4、断开第三继电器K3，判断第三继电器K3是否断开失效；

第七步、比较器31判断逆变器5输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第三继电器K3断开失效，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则第三继电器K3正常断开，进入第八步；

第八步、控制器32输出驱动信号闭合第三继电器K3、断开第二继电器K2，判断第二继电器K2是否断开失效；

第九步、比较器31判断逆变器5输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第二继电器K2断开失效，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则第二继电器K2正常断开，进入第十步；

第十步、控制器32输出驱动信号闭合第二继电器K2、断开第一继电器K1，判断第一继电器K1是否断开失效；

第十一步、比较器31判断逆变器5输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第一继电器K1断开失效，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则第一继电器K1正常断开，进入第十二步；

第十二步、控制器32输出驱动信号闭合第一继电器K1，此时继电器K1、K2、K3、K4均处于闭合状态，说明继电器K1、K2、K3、K4均可正常工作，完成对继电器失效的检测。

优选的，所述设定值V的范围为50≤V≤70。

更优选的，所述设定值V为60。

本发明的有益效果在于：

1、本发明继电器失效检测装置及方法能够检测继电器模块中任何一个或以上继电器断开或闭合失效故障，并通过显示模块反馈给用户；

2、提高了对逆变器输出级继电器冗余设计的可靠性。

附图说明

图1现有技术中的***架构图；

图2是本发明的***架构图；

图3是本发明的信号采集模块电路图；

图4是本发明一个继电器的驱动器的电路图；

图5是本发明继电器失效检测的流程图；

图6是本发明的波形图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图2所示为本发明继电器失效检测方法对应的***框架图，包括继电器模块1、驱动模块2，继电器模块1一端与逆变器5输出端相连，另一端与电网6相连，驱动模块2与继电器模块1相连接，还包括控制模块3以及第一信号采集模块41、第二信号采集模块42，第一信号采集模块41一端与逆变器输出端相连接，另一端与控制模块3相连接，第二信号采集模块42一端与电网6相连接，另一端与控制模块3相连接；驱动模块2另一端与控制模块3相连接。

在本实施例中，逆变器5输出电压/电流为零，即逆变器此时处于关机状态，待检测继电器均正常后，则开机并进行并网连接，逆变器5此时正常输出电压/电流；控制模块3还包括控制器31与比较器32，控制器输出端连接驱动模块2，比较器32输入端连接第一信号采集模块41、第二信号采集模块42，输出端与控制器31输入端相连接；且为了更方便的显示出检测的结果，实现人机交互的目的，本发明的检测装置还包括显示模块7，显示模块7与控制器32输出端相连接，用于显示检测继电器是否失效的结果，即继电器断开失效故障和继电器闭合失效故障。

同样，继电器模块1包括继电器K1、K2、K3、K4，继电器K1一端与逆变器5输出端A相连，另一端与继电器K3相连、K3另一端与电网L线相连；继电器K2一端与逆变器5输出端B相连，另一端与继电器K4相连、K4另一端与电网N线相连。且驱动模块2包括驱动器Q1、Q2、Q3、Q4，输入端与控制器32连接，接受控制器32的控制信号，输出端分别与继电器K1、K2、K3、K4相连，用于驱动继电器K1、K2、K3、K4的闭合与断开。

如图3所示第一信号采集模块41、第二信号采集模块42均为电压采集器，信号采集模块41用于采集逆变器5输出端电压值V1，因此时逆变器5无输出，则第一信号采集模块41实际采集的是电网电压值、第二信号采集模块42用于采集电网电压值V2；即此时的信号采集模块41、42分别位于继电器模块1的二侧检测电网电压值。本发明采用的控制模块3为数字信号处理器，其型号为TMS320F28035。

如图4所示的本发明一个继电器的驱动器的电路图，其他继电器的驱动工作原理相同，具体工作时候，由控制器32发出驱动信号给驱动电路图中的开关装置，从而实现继电器的开启与关闭，具体的实现过程如下：

电源V1通过电阻R1给电解电容C1进行充电，电阻R1在这里起到保护电解电容C1以及稳定电压的作用，充电工作能在极短的时间内完成，当控制器32发出控制信号RELY-S处于高电平时，开关装置中的MOS管M1导通，此时，由电解电容C1以及电源V1同时向继电器K放电，使继电器开启，当放电至电解电容正极电压小于V2时，这时二极管D1导通，继电器由工作状态转换为降额状态。其中稳压二极管ZD1起到保护MOS管M1的作用。

本发明的继电器失效检测装置的具体工作过程为，控制模块3中的比较器31将信号采集模块41、42采集到的逆变器5输出端电压值V1和电网电压值V2进行比较判断，并将比较判断结果反馈给控制器32，控制器32再根据比较结果发出不同的工作信号，即如果比较结果正常则发出驱动信号给驱动模块2中的驱动器Q1、Q2、Q3、Q4工作，进而驱动继电器K1、K2、K3、K4实现闭合和/或断开，继续进行检测，如比较结果错误则显示模块7直接显示继电器失效，即Relay fault，结束检测。

下面结合图4所示的本发明的检测流程图和图5所示的波形图来说明本发明是如何实现继电器失效检测的过程的：

第一步、初始状态(即图5所示的0-T0时刻)，第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4均断开；

第二步、控制器32输出驱动信号闭合第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4(即T0-T1时刻)，判断任意一个及以上继电器是否闭合失效；

第三步、比较器31判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果不小于设定值V0，则说明继电器K1、K2、K3、K4中任意一个或者其组合存在闭合失效的问题，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则说明继电器K1、K2、K3、K4均能闭合，则进入第四步；

第四步、控制器32输出第四继电器K4断开信号(即T1-T2时刻)，判断第四继电器K4是否断开失效；

第五步、比较器31判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第四继电器K4断开失效，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则第四继电器K4正常断开，进入第六步；

第六步、控制器32输出驱动信号闭合第四继电器K4、断开第三继电器K3(即T2-T3时刻)，判断第三继电器K3是否断开失效；

第七步、比较器31判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第三继电器K3断开失效，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则第三继电器K3正常断开，进入第八步；

第八步、控制器32输出驱动信号闭合第三继电器K3、断开第二继电器K2(即T3-T4时刻)，判断第二继电器K2是否断开失效；

第九步、比较器31判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第二继电器K2断开失效，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则第二继电器K2正常断开，进入第十步；

第十步、控制器32输出驱动信号闭合第二继电器K2、断开第一继电器K1(即T4-T5时刻)，判断第一继电器K1是否断开失效；

第十一步、比较器31判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第一继电器K1断开失效，显示模块7显示Relay Fault，结束检测，否则第一继电器K1正常断开，进入第十二步；

第十二步、控制器32输出驱动信号闭合第一继电器K1，此时继电器K1、K2、K3、K4均处于闭合状态(即T5-T6时刻)，说明继电器K1、K2、K3、K4均可正常工作，完成对继电器失效的检测。

在本实施例中，因此时的检测过程中逆变器5输出电压/电流为零，具体电路中的电压采集器即第一信号采集模块41和第二信号采集模块42都是用来采集电网电压的，因此在理想状态下，继电器K1、K2、K3、K4如果全部闭合时，二端的电压值V1应该与V2相等，但是考虑到具体电路的结构，引入了继电器触点的阻抗以及分立元件的精度误差，从而导致在实际中，V1与V2不相等的情况，且差值较小。

假如继电器K1开启、K2关闭，采样电路的差分结构就不成立了，即采样到V1的电压接近0V，V2的值就是电网电压值；同样假如继电器K1关闭、K2开启，即采样到V1的电压也接近0V，V2的值就是电网电压值；因此，具体设定值V0是考虑到采样通道引入的误差而设置的一个大概值，如果设置过小的话，在判断吸合失效时容易受干扰后会误报，在本实施例子中设定值V0为：50V≤V0≤70V，优选为V0＝60V。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种并网逆变器的继电器失效检测装置，包括继电器模块(1)、驱动模块(2)，继电器模块(1)一端与逆变器(5)输出端相连，另一端与电网(6)相连，驱动模块(2)与继电器模块(1)相连接，其特征在于，还包括控制模块(3)以及第一信号采集模块(41)、第二信号采集模块(42)，第一信号采集模块(41)一端与逆变器输出端相连接，另一端与控制模块(3)相连接，第二信号采集模块(42)一端与电网(6)相连接，另一端与控制模块(3)相连接；驱动模块(2)另一端与控制模块(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的并网逆变器的继电器失效检测装置，其特征在于，所述逆变器(5)输出电压/电流为零。

3.根据权利要求2所述的并网逆变器的继电器失效检测装置，其特征在于，所述控制模块(3)包括控制器(32)与比较器(31)，控制器(32)输出端连接驱动模块(2)，比较器(31)输入端连接第一信号采集模块(41)、第二信号采集模块(42)，输出端与控制器(32)输入端相连接。

4.根据权利要求3所述的并网逆变器的继电器失效检测装置，其特征在于，所述继电器模块(1)包括第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4，第一继电器K1一端与逆变器(5)输出端A相连，另一端与第三继电器K3相连、第三继电器另一端与电网L线相连；第二继电器一端与逆变器(5)输出端B相连，另一端与第四继电器K4相连、第四继电器K4另一端与电网N线相连。

5.根据权利要求4所述的并网逆变器的继电器失效检测装置，其特征在于，所述驱动模块(2)包括第一驱动器Q1、第二驱动器Q2、第三驱动器Q3、第四驱动器Q4，输入端与控制器(32)连接，输出端分别与第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4相连接。

6.根据权利要求5所述的并网逆变器的继电器失效检测装置，其特征在于，还包括显示模块(7)，显示模块(7)与控制器(32)输出端相连接。

7.根据权利要求6所述的并网逆变器的继电器失效检测装置，其特征在于，所述第一信号采集模块(41)、第二信号采集模块(42)为电压采集器，用于采集电网电压信号。

8.根据权利要求7所述的并网逆变器的继电器失效检测装置，其特征在于，所述控制模块(3)为数字信号处理器，型号为TMS320F28035。

9.一种采用如权利要8所述的并网逆变器的继电器失效检测装置实现的并网逆变器的继电器失效检测方法，包括以下步骤：

S1、初始状态，第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4均断开；

S2、控制器(32)输出驱动信号闭合第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3、第四继电器K4，判断任意一个或以上继电器是否闭合失效；

S3、比较器(31)判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果不小于设定值V0，则任意一个或以上继电器存在闭合失效的问题，显示模块(7)显示RelayFault，结束检测，否则说明继电器均能闭合，进入S4；

S4、控制器(32)输出第四继电器K4断开信号，判断第四继电器K4是否断开失效；

S5、比较器(31)判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第四继电器K4断开失效，显示模块(7)显示Relay Fault，结束检测，否则第四继电器K4正常断开，进入S6；

S6、控制器(32)输出驱动信号闭合第四继电器K4、断开第三继电器K3，判断第三继电器K3是否断开失效；

S7、比较器(31)判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第三继电器K3断开失效，显示模块(7)显示Relay Fault，结束检测，否则第三继电器K3正常断开，进入S8；

S8、控制器(32)输出驱动信号闭合第三继电器K3、断开第二继电器K2，判断第二继电器K2是否断开失效；

S9、比较器(31)判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第二继电器K2断开失效，显示模块(7)显示Relay Fault，结束检测，否则第二继电器K2正常断开，进入S10；

S10、控制器(32)输出驱动信号闭合第二继电器K2、断开第一继电器K1，判断第一继电器K1是否断开失效；

S11、比较器(31)判断逆变器输出端电压V1与电网端电压V2差值的绝对值，即|V1-V2|，如果小于设定值V0，则第一继电器K1断开失效，显示模块(7)显示Relay Fault，结束检测，否则第一继电器K1正常断开，进入S12；

S12、控制器(32)输出驱动信号闭合第一继电器K1，此时继电器K1、K2、K3、K4均处于闭合状态，说明继电器K1、K2、K3、K4均可正常工作，完成对继电器失效的检测。

10.根据权利要求9所述的并网逆变器的继电器失效检测方法，其特征在于，所述设定值V0的范围为：50V≤V0≤70V。

11.根据权利要求10所述的并网逆变器的继电器失效检测方法，其特征在于，所述设定值V0的值为：V0＝60V。

Images